(57)【要約】  本発明は、コンプレッサ用インバータを高効率に運転することができる電気自動車用電力供給装置を提供する。自動車用電力供給装置１０は、電源１１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８と、主モータ１２を駆動する主インバータ１７とを有する主回路１３と、副モータ１４を駆動する副インバータ１９と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の一次側で主回路１３に接続された第１電路２３と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の二次側で主回路１３に接続された第２電路２４と、副インバータ１９に直流電圧を供給する経路として第１電路２３および第２電路２４のいずれかを選択できるように構成された接続回路３０とを有する副回路１５と、副インバータ１９の要求電圧に応じて第１電路２３および第２電路２４を切り替えるように、主モータ１２の力行運転時に接続回路３０を制御する制御装置１６と、を有する。
2011161925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の電力を主モータと副モータとに供給するための電気自動車用電力供給装置であって、
前記電源の直流電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力を用いて前記主モータを駆動する主インバータとを有する主回路と、
前記副モータを駆動する副インバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの一次側で前記主回路に接続された第１電路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの二次側で前記主回路に接続された第２電路と、前記副インバータに直流電圧を供給する経路として前記第１電路および前記第２電路のいずれかを選択できるように構成された接続回路とを有する副回路と、
前記副インバータの要求電圧が前記電源の直流電圧よりも低い場合には前記接続回路によって前記第１電路が選択され、前記副インバータの要求電圧が前記電源の直流電圧以上の場合には前記接続回路によって前記第２電路が選択されるように、前記主モータの力行運転時に前記接続回路を制御する制御装置と、
を備えた、電気自動車用電力供給装置。
【請求項２】
前記主モータの回生運転時において、前記制御装置は、前記接続回路によって前記第２電路が選択されるように前記接続回路を制御する、請求項１に記載の電気自動車用電力供給装置。
【請求項３】
前記副インバータの要求電圧が前記電源の直流電圧以上、かつ、前記副インバータの要求電圧が前記主インバータの要求電圧以上の場合において、前記ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて昇圧された直流電圧が前記副インバータの要求電圧以上になるように前記制御装置が前記ＤＣ−ＤＣコンバータを制御する、請求項１または２に記載の電気自動車用電力供給装置。
【請求項４】
前記主モータは走行に用いる駆動用モータであり、
前記主インバータは駆動モータ用インバータであり、
前記副モータは車載エアコンを駆動するコンプレッサ用モータであり、
前記副インバータはコンプレッサ用インバータである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気自動車用電力供給装置。
【請求項５】
前記コンプレッサ用インバータの要求電圧が前記車載エアコンの設定温度および車内温度に基づいて前記制御装置において決定される、請求項４に記載の電気自動車用電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車用電力供給装置に関し、特に、要求される負荷が変動する複数の負荷装置へ適切に電力を供給するための構成とその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の排出量の低減およびエネルギーセキュリティーの観点から、エネルギー源の石油依存度を低下させる必要性が指摘され、そのための技術開発が盛んに行われている。そのような技術の中でも、電源（バッテリ）を駆動源として使用するハイブリッド自動車および電気駆動自動車への期待は大きい。本明細書では、ハイブリッド自動車と電気駆動自動車の総称を電気自動車と位置づける。電気自動車における電源の電気エネルギーの利用効率を高めるために、種々の工夫がなされている。【０００３】
特許文献１には、図９に示すように、高電圧の電源１０１と駆動用インバータ１０４との間にＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を配置したシステムが開示されている。特許文献１のシステムにおいては、駆動用モータ１１０の回転数およびトルクに基づいて制御装置１０９がＤＣ−ＤＣコンバータ１０３および駆動用インバータ１０４に制御信号を送っている。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の昇圧比および駆動用インバータ１０４におけるＰＷＭデューティを逐次変更している。また、制御装置１０９は、コンプレッサ用インバータ１０７にも制御信号を送ることで、コンプレッサ用インバータ１０７におけるＰＷＭデューティを逐次変更し、コンプレッサ用モータ１１１に適切な交流電圧を供給している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０４８７８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気自動車において、空調システムの起動時はコンプレッサ用モータにかかる負荷は大きく、それ以外の期間にコンプレッサ用モータにかかる負荷は小さい。したがって、コンプレッサ用モータの負荷の大きさに応じて適切な大きさの直流電圧をコンプレッサ用インバータに供給することが、空調システムの高効率化の観点からは好ましい。【０００６】
特許文献１のシステムは、駆動用モータ１１０の回転数およびトルクに応じてＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の昇圧比を変更することで、駆動用インバータ１０４および駆動用モータ１１０を高効率、高出力で駆動することができる。しかし、コンプレッサ用インバータ１０７にかかる直流電圧を調整するための具体的な方策は開示されていない。【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、主モータだけでなく、副モータも高効率かつ高出力で駆動しうる電気自動車用電力供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、直流電源の電力を主モータと副モータとに供給するための電気自動車用電力供給装置であって、前記電源の直流電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力を用いて前記主モータを駆動する主インバータとを有する主回路と、前記副モータを駆動する副インバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの一次側で前記主回路に接続された第１電路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの二次側で前記主回路に接続された第２電路と、前記副インバータに直流電圧を供給する経路として前記第１電路および前記第２電路のいずれかを選択できるように構成された接続回路とを有する副回路と、前記副インバータの要求電圧が前記電源の直流電圧よりも低い場合には前記接続回路によって前記第１電路が選択され、前記副インバータの要求電圧が前記電源の直流電圧以上の場合には前記接続回路によって前記第２電路が選択されるように、前記主モータの力行運転時に前記接続回路を制御する制御装置と、を備えた、電気自動車用電力供給装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、副インバータの要求電圧が電源の直流電圧よりも低い場合には接続回路によって第１電路が選択され、副インバータの要求電圧が電源の直流電圧以上の場合には接続回路によって第２電路が選択される。したがって、副インバータの要求電圧に応じた電圧を副インバータ供給することができる。その結果、副回路における電力変換効率を高めることができる。すなわち、主モータだけでなく、副モータも高効率かつ高出力で駆動しうる。よって、電気自動車における電源に蓄えられた電気エネルギーの利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態の電気自動車用電力供給装置の概略構成図
【図２】本発明の実施形態における接続回路の概略構成図
【図３Ａ】接続回路の制御方法を示すフロー図
【図３Ｂ】接続回路の制御方法を示すフロー図
【図４】本発明の実施形態の電気自動車用電力供給装置の制御方法を示すフロー図
【図５】電気自動車の走行パターンおよび空調システムの運転状態に基づいて昇圧後の出力電圧Ｖdcが変化する様子を示すタイミング図
【図６】本発明の変形実施形態における接続回路の概略構成図
【図７Ａ】接続回路の制御方法を示すフロー図
【図７Ｂ】接続回路の制御方法を示すフロー図
【図８】本発明の変形実施形態の電気自動車用電力供給装置の制御方法を示すフロー図
【図９】従来の電気自動車用電力供給装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。実施形態では、駆動モータおよびコンプレッサ用モータを駆動するための構成について説明するが、本発明は、他の機器にも適用可能である。
【００１２】
（実施形態）
図１は、本実施形態の電気自動車用電力供給装置１０の構成図である。図１に示すように、電気自動車用電力供給装置１０は、主回路１３、副回路１５および制御装置１６を備える。主回路１３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８および駆動モータ用インバータ１７を有し、電源１１および駆動用モータ１２に接続されている。副回路１５は、接続回路３０およびコンプレッサ用インバータ１９を有し、コンプレッサ用モータ１４と接続されている。なお、駆動用モータ１２は本発明の主モータを、駆動モータ用インバータ１７は本発明の主インバータを、コンプレッサ用モータ１４は本発明の副モータを、コンプレッサ用インバータ１９は本発明の副インバータを、それぞれ構成する。
【００１３】
また、副回路１５は、電源１１から接続回路３０に電力を供給するための第１電路２３および第２電路２４をさらに有する。第１電路２３は、電源１１とＤＣ−ＤＣコンバータ１８との間（すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の一次側）から接続回路３０まで延びている。第２電路２４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８と駆動モータ用インバータ１７との間（すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の二次側）から接続回路３０まで延びている。
【００１４】
電源１１は直流電源であり、電力を充電および放電することができる。電源１１としては、ニッケル水素電池およびリチウムイオン電池などの二次電池を用いることができる。また、電源１１には、電気二重層キャパシタなどの大容量キャパシタを用いてもよい。
【００１５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は、制御装置１６からの指令に基づいて、出力電圧Ｖdcを調節して駆動モータ用インバータ１７に供給する。出力電圧Ｖdcは、後述するように、駆動モータ用インバータ１７およびコンプレッサ用インバータ１９が要求する回転数およびトルクに基づいて決定される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１８としては、たとえば、チョッパ式非絶縁昇圧コンバータを用いることができる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の駆動方式として、特許第４０４８７８７号に記載されているような、ＰＷＭ駆動方式などを採用してもよい。また、出力電圧Ｖdcが、段階的に変化するＤＣ−ＤＣコンバータ１８を用いてもよい。
【００１６】
駆動モータ用インバータ１７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８において昇圧された出力電圧Ｖdcを所望の三相交流に変換し、駆動用モータ１２に供給する。駆動モータ用インバータ１７としては、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子を用いた三相交流インバータなどを用いることができる。
【００１７】
駆動用モータ１２は、電気自動車の走行用のモータ（誘導モータまたは同期モータ）である。駆動用モータ１２の軸出力は、電気自動車の走行車輪に伝達される。また、電気自動車の制動時においては駆動用モータ１２を発電機として回生動作させることで、電源１１またはコンプレッサ用インバータ１９に電力を供給することができる。駆動用モータ１２としては、たとえば、永久磁石同期モータが好ましい。本実施形態では、永久磁石モータの一種である埋込磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ：Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）を用いている。埋込磁石同期モータは、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとが相違する突極性（一般には、Ｌｑ＞Ｌｄの逆突極性）を有し、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクも利用できる。このため、埋込磁石同期モータのモータ効率は極めて高い。さらに、駆動用モータ１２は、制動時に回生動作を行うが、回生動作中の、ジェネレータ効率も極めて高い。
【００１８】
コンプレッサ用インバータ１９は、接続回路３０から供給される直流電圧を所望の三相交流に変換し、コンプレッサ用モータ１４に供給する。コンプレッサ用インバータ１９としては、たとえば、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子を用いた三相交流インバータなどを用いることができる。
【００１９】
コンプレッサ用モータ１４は、主に電気自動車の室内空調に用いられるコンプレッサを運転するためのモータである。コンプレッサ用モータ１４としては、たとえば埋込磁石同期モータなどの同期モータおよび誘導モータを用いることができる。
【００２０】
制御装置１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８、駆動モータ用インバータ１７、コンプレッサ用インバータ１９、および接続回路３０を制御する。駆動モータ用インバータ１７の要求電圧Ｖmainは、アクセルの開度（すなわち要求トルク）、現在の駆動用モータ１２の回転数および駆動用モータ１２の機器パラメータなどの値をモータの電圧方程式に代入することで容易に決定される。コンプレッサ用インバータ１９の要求電圧Ｖcompは、設定温度Ｔrefおよび現在の室内温度Ｔから計算される必要な能力（すなわち圧縮負荷に必要なトルクおよび回転数）、現在のコンプレッサ用モータ１４の回転数およびコンプレッサ用モータ１４の機器パラメータなどの値をモータの電圧方程式に代入することで容易に決定される。なお、電圧方程式を用いる代わりに予めメモリなどに保管されているテーブルなどを用いてもよく、電圧方程式とテーブルの両方を用いてもよい。ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の昇圧比および接続回路３０は、後述のとおり、電源電圧Ｖbatt、駆動モータ用インバータ１７の要求電圧Ｖmain、およびコンプレッサ用インバータ１９の要求電圧Ｖcompに基づいて制御される。制御装置１６としては、たとえばマイクロコンピュータまたはＤＳＰ（digital signal processor）を使用すればよい。
【００２１】
接続回路３０は、制御装置１６からの指令に基づいて、第１電路２３または第２電路２４を選択して、コンプレッサ用インバータ１９へ電力を供給する。図２は、実施形態における接続回路３０の構成図である。接続回路３０は、非接地側の第１スイッチ３２と接地側の第２スイッチ３４と突入防止抵抗３３とを有する。第１スイッチ３２および第２スイッチ３４は、たとえば単極双投スイッチとすればよい。
【００２２】
第１スイッチ３２は、第１電路２３における非接地側の電路と、第２電路２４における非接地側の電路とのいずれかを選択的にコンプレッサ用インバータ１９の非接地側の端子に接続する。第２スイッチ３４は、第１電路２３における接地側の電路と、第２電路２４における接地側の電路とのいずれかを選択的にコンプレッサ用インバータ１９の接地側の端子に接続する。
【００２３】
さらに、接続回路３０には、突入防止抵抗３３および突入防止抵抗３３と並列に単極単投スイッチである第３スイッチ３１が設けられている。突入防止抵抗３３を設け、第３スイッチ３１を適切に制御することで、接続回路３０への電力の供給経路を第１電路２３から第２電路２４に切り換える際に生じる突入電流を防止することができる。
【００２４】
なお、突入防止抵抗３３は、大電力に対応したものが好ましく、たとえば、巻線抵抗から構成すればよい。また、第１スイッチ３２、第２スイッチ３４およびスイッチ３３も、大電力に対応したものが好ましい。それぞれのスイッチは、機械スイッチでも半導体スイッチでもよく、それらを組み合わせたハイブリッドスイッチなどから構成されてもよい。
【００２５】
次に、コンプレッサ用インバータ１９への給電経路を切り替える際に、制御装置１６が行う第１スイッチ３２、第２スイッチ３４、第３スイッチ３１およびコンプレッサ用インバータ１９の制御について、図３のフロー図を用いて説明する。
【００２６】
図３Ａは、接続回路３０が第１電路２３とコンプレッサ用インバータ１９とを接続している第１状態から、第２電路２４とコンプレッサ用インバータ１９とを接続している第２状態に切り替わる際のフロー図である。第１状態においては、第３スイッチ３１は切断状態である。また、第１スイッチ３２および第２スイッチ３４は、第１電路２３側を選択している。
【００２７】
第１状態から第２状態に移行する際には、まず、コンプレッサ用インバータ１９によるコンプレッサ用モータ１４への給電を停止する（ステップ１０１）。次に、第１スイッチ３２および第２スイッチ３４に第２電路２４側を選択させる（ステップ１０２）。次に、ステップ１０２から一定時間経過後に、第３スイッチ３１を接続状態にする（ステップ１０３）。最後に、コンプレッサ用インバータ１９によるコンプレッサ用モータ１４への給電を再開する（ステップ１０４）。
【００２８】
上記のように、第１スイッチ３２および第２スイッチ３４を第１電路２３側から第２電路２４側に切り替える際には、第３スイッチ３１は切断状態である。これにより、切替時に発生する突入電流は、突入防止抵抗３３を通過する。すなわち、本フローに基づいて制御を行うことによって、突入電流を抑制することができ、突入電流によるコンプレッサ用インバータ１９の損傷を防止することができる。
【００２９】
また、接続回路３０を第２状態から第１状態に切り替える際には、図３Ｂのフローに基づいた制御を行う。第２状態においては、第３スイッチ３１は接続状態である。また、第１スイッチ３２および第２スイッチ３４は、第２電路２４側を選択している。
【００３０】
第２状態から第１状態に移行する際には、まず、コンプレッサ用インバータ１９によるコンプレッサ用モータ１４への給電を停止する（ステップ２０１）。次に、第１スイッチ３２および第２スイッチ３４に第１電路２３側を選択させる（ステップ２０２）。次に、ステップ２０２から一定時間経過後に、第３スイッチ３１を切断状態にする（ステップ２０３）。最後に、コンプレッサ用インバータ１９によるコンプレッサ用モータ１４への給電を再開する（ステップ２０４）。
【００３１】
図３Ｂのフローに基づいた制御においては、第１スイッチ３２および第２スイッチ３４を第２電路２４側から第１電路２３側に切り替える際には、コンプレッサ用インバータ１９によるコンプレッサ用モータ１４への給電は停止している。そのため、接続回路３０で生じた過渡現象がコンプレッサ用インバータ１９に波及することを防止することができる。なお、本フローにおいては、ステップ２０２とステップ２０３とを入れ替えても問題はない。
【００３２】
次に、制御装置１６が行うＤＣ−ＤＣコンバータ１８および接続回路３０の制御について、詳細に説明する。制御装置１６は、電気自動車の走行パターンおよび空調システムの運転状態に基づいて、接続回路３０およびＤＣ−ＤＣコンバータ１８を制御する。以下、図４のフロー図を参照しながら説明する。
【００３３】
まず、空調システムにおける設定温度Ｔrefと現在の室内温度Ｔに基づいてコンプレッサ用モータ１４の目標回転数を決定する（ステップ３０１）。次に、コンプレッサ用モータ１４を決定した目標回転数で回転させるために、コンプレッサ用インバータ１９に供給すべき要求電圧Ｖcompを決定する（ステップ３０２）。ステップ３０２においては、たとえば、現在のコンプレッサ用モータ１４の回転数と、ステップ３０１で決定した回転数とを制御装置１６が参照し、制御装置１６に格納されているプログラム中のモータの電圧方程式またはテーブルを用いて要求電圧Ｖcompを決定することができる。なお、本実施形態においては、コンプレッサ用インバータ１９に供給される要求電圧Ｖcompは、コンプレッサ用モータ１４に供給される交流電圧の実効値よりも高くなるようにする。
【００３４】
次に、決定した要求電圧Ｖcompと電源電圧Ｖbattとを比較する（ステップ３０３）。
【００３５】
要求電圧Ｖcompが電源電圧Ｖbattよりも小さい場合は、接続回路３０は第１電路２３を選択する（ステップ３０４）。他方、要求電圧Ｖcompが電源電圧Ｖbatt以上の場合は、ステップ３０５に進む。
【００３６】
ステップ３０５では、要求電圧Ｖcompと駆動モータ用インバータ１７が要求する要求電圧Ｖmainとを比較する。要求電圧Ｖcompが要求電圧Ｖmainよりも小さい場合は、接続回路３０は、第２電路２４を選択する（ステップ３０６）。他方、要求電圧Ｖcompが要求電圧Ｖmain以上の場合は、出力電圧Ｖdcが要求電圧Ｖcompになるように、出力電圧Ｖdcを調節する（ステップ３０７）。その後、第２電路２４を選択する（ステップ３０６）。
【００３７】
次に、上記フローに基づいた制御による出力電圧Ｖdcの変化を図５を用いて具体的に説明する。図５は、電気自動車の走行パターン（停止・加速・減速）および空調システムの負荷（低負荷・中負荷・高負荷）を変化させたときの出力電圧Ｖdcの変化を示す。
【００３８】
空調システムの負荷が低負荷のときに電気自動車が発進（加速）すると、期間１に進む。期間１においては、要求電圧Ｖcompは、電源電圧Ｖbattよりも小さい。したがって、接続回路３０は、第１電路２３を選択している（図４のステップ３０３でＹＥＳ）。また、電気自動車の加速に併せて、要求電圧Ｖmainは上昇する。期間１においては、出力電圧Ｖdcは、コンプレッサ用インバータ１９の動作に無関係であり、駆動モータ用インバータ１７の要求のみによって定まる。したがって、期間１においては、出力電圧Ｖdcは、要求電圧Ｖmainに追従して上昇する。
【００３９】
次に、電気自動車が減速（制動）すると、要求電圧Ｖmainは低下する（期間２）。期間２においては、要求電圧Ｖcompは、電源電圧Ｖbattよりも小さい。したがって、接続回路３０は、第１電路２３を選択している（図４のステップ３０３でＹＥＳ）。期間２においては、出力電圧Ｖdcは、要求電圧Ｖmainに追従して低下する。
【００４０】
次に、空調システムが高負荷運転に切り替わると、要求電圧Ｖcompが上昇する。要求電圧Ｖcompの大きさと電源電圧Ｖbattの大きさが逆転するタイミングにおいては、要求電圧Ｖmainは低下しているが、要求電圧ＶcompはＶmainよりも小さい。したがって、接続回路３０は、このタイミングで第２電路２４を選択し（図４のステップ３０３でＮＯ、ステップ３０５でＹＥＳ）、期間３に進む。期間３においては、出力電圧Ｖdcは、要求電圧Ｖmainに追従して低下する。
【００４１】
期間３において、電気自動車が減速（制動）すると、要求電圧Ｖmainは低下する。要求電圧Ｖmainの大きさと要求電圧Ｖcompの大きさが逆転するタイミングにおいては、要求電圧Ｖcompは、電源電圧Ｖbatt以上である。したがって、出力電圧Ｖdcが電圧Ｖcompに上がるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の昇圧比が調節される（期間４）。また、接続回路３０は、第２電路２４を選択している（図４のステップ３０３でＮＯ、ステップ３０５でＮＯ）。
【００４２】
次に、電気自動車が加速すると、期間５に進む。期間５においては、要求電圧Ｖcompは、電源電圧Ｖbatt以上である。また、期間５おいては、要求電圧Ｖcompは、要求電圧Ｖmain以上である。したがって、出力電圧Ｖdcは要求電圧Ｖcompに上がる。また、接続回路３０は、第２電路２４を選択している（図４のステップ３０３でＮＯ、ステップ３０５でＮＯ）。
【００４３】
期間５において、電気自動車が加速すると、要求電圧Ｖmainは上昇する。要求電圧Ｖmainの大きさと要求電圧Ｖcompの大きさが逆転するタイミングにおいては、要求電圧Ｖcompは、電源電圧Ｖbatt以上である。したがって、接続回路３０は、第２電路２４を選択し（図４のステップ３０３でＮＯ、ステップ３０５でＹＥＳ）、期間６に進む。期間６においては、出力電圧Ｖdcは、要求電圧Ｖmainに追従して上昇する。
【００４４】
次に、電気自動車が減速（制動）すると、期間７に進む。期間７においては、要求電圧Ｖmainは低下するが、要求電圧ＶcompはＶmainよりも小さい。また、期間７においては、要求電圧Ｖcompは、電源電圧Ｖbatt以上である。したがって、接続回路３０は、第２電路２４を選択している（図４のステップ３０３でＮＯ、ステップ３０５でＹＥＳ）。期間７においては、出力電圧Ｖdcは、要求電圧Ｖmainに追従して低下する。
【００４５】
次に、空調システムがほぼ所望の温度Ｔrefとなり、空調システムが中負荷運転に切り替わると、要求電圧Ｖcompが低下する（期間８）。期間８においては、要求電圧Ｖcompは、電源電圧Ｖbatt以上である。また、期間８においては、要求電圧Ｖmainは低下するが、要求電圧Ｖcompは要求電圧Ｖmainよりも小さい。したがって、接続回路３０は、第２電路２４を選択している（図４のステップ３０３でＮＯ、ステップ３０５でＹＥＳ）。期間８においては、出力電圧Ｖdcは、要求電圧Ｖmainに追従して低下する。
【００４６】
次に、空調システムが低負荷運転に切り替わると、要求電圧Ｖcompが低下し、電源電圧Ｖbattの大きさと要求電圧Ｖcompの大きさが逆転し、要求電圧Ｖcompは、電源電圧Ｖbattよりも小さくなる。したがって、接続回路３０は、第１電路２３を選択し（図４のステップ３０３でＹＥＳ）、期間９に進む。期間９においては、出力電圧Ｖdcは、要求電圧Ｖmainに追従して低下する。
【００４７】
期間９の後に、電気自動車が停止すると、要求電圧Ｖmainはゼロになる（期間１０）。期間１０においては、要求電圧Ｖcompは、電源電圧Ｖbattよりも小さい。したがって、接続回路３０は、第１電路２３を選択している（図４のステップ３０３でＹＥＳ）。期間１０においては、出力電圧Ｖdcは、電源電圧Ｖbattに等しい（すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８が昇圧動作を行わない）。
【００４８】
次に、電気自動車が停止中に、空調システムが高負荷運転に切り替わると、要求電圧Ｖcompが上昇する（期間１１）。期間１１においては、要求電圧Ｖcompは、電源電圧Ｖbatt以上である。また、期間１１おいては、要求電圧Ｖcompは、要求電圧Ｖmain以上である。したがって、出力電圧Ｖdcは、電圧Ｖcompに上がる。また、接続回路３０は、第２電路２４を選択している（図４のステップ３０３でＮＯ、ステップ３０５でＮＯ）。
【００４９】
上記のように、本実施形態によれば、コンプレッサ用インバータ１９に供給すべき要求電圧Ｖcompが、電源電圧Ｖbattよりも小さい場合は第１電路２３を選択し、要求電圧Ｖcompが、電源電圧Ｖbatt以上の場合は第２電路２４を選択する。これにより、コンプレッサ用インバータ１９に供給すべき要求電圧Ｖcompが変動しても、適切な電圧をコンプレッサ用インバータ１９に供給することができる。
【００５０】
さらに、本実施形態によれば、要求電圧Ｖcompが、電源電圧Ｖbatt以上、かつ、要求電圧Ｖcompが、駆動モータ用インバータ１７が要求する要求電圧Ｖmain以上の場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８において出力電圧Ｖdcが要求電圧Ｖcompになるように制御装置１６がＤＣ−ＤＣコンバータ１８を制御する。このような制御によって、電気自動車用電力供給装置１０は、コンプレッサ用インバータ１９に供給すべき要求電圧Ｖcompが大きくなっても、必要な電圧をコンプレッサ用インバータ１９に供給することができる。
【００５１】
また、要求電圧Ｖcompが、電源電圧Ｖbattよりも小さい場合（低負荷運転時）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の一次側から電力を供給するため、電源１１からＤＣ−ＤＣコンバータ１８を介さずにコンプレッサ用インバータ１９に電力を供給することができる。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８における損失を軽減できる。これにより、空調システムのＣＯＰ（成績係数）を向上できる。
【００５２】
なお、本実施形態では、図５に示すように、出力電圧Ｖdcが要求電圧Ｖmain以上かつ要求電圧Ｖcomp以上になるようにしている。これは、駆動用モータ１２とコンプレッサ用モータ１４のそれぞれに最低限供給すべき電圧を供給するためである。しかし、駆動用モータ１２およびコンプレッサ用モータ１４を安定して動作させるために、要求電圧Ｖmainおよび要求電圧Ｖcompに一定のマージンΔＶ１およびΔＶ２（たとえば２〜３Ｖ）を設けてもよい。すなわち、図４のステップ３０３，３０５および３０７ならびに図５において、要求電圧Ｖmainおよび要求電圧Ｖcompの代わりに、要求電圧Ｖmain＋ΔＶ１（＝要求電圧Ｖmain’）および要求電圧Ｖcomp＋ΔＶ２（＝要求電圧Ｖcomp’）を用いてもよい。これにより、駆動用モータ１２およびコンプレッサ用モータ１４に供給される電圧は、それぞれに最低限供給すべき電圧よりも大きくなり、駆動用モータ１２およびコンプレッサ用モータ１４を安定して動作させることができる。
【００５３】
また、接続回路３０の第２スイッチ３４を設けず、第１電路２３における接地側の電路と第２電路２４における接地側の電路の双方を常にコンプレッサ用インバータ１９の接地側の端子に接続してもよい。これにより、第２スイッチ３４を設けた場合に比べると接続回路３０の構成部品が少なくなるため、接続回路３０の信頼性がより高くなり、材料コストがより安価になる。なお、突入電流が十分小さい場合には、突入防止抵抗３３を省略してもよい。
【００５４】
（変形実施形態）
以下、本発明の変形実施形態について説明する。変形実施形態の電気自動車用電力供給装置１０は、後述するように、駆動用モータ１２が制動動作により発電機として動作して（回生動作して）得た電力を、効率的にコンプレッサ用インバータ１９に供給することができる。なお、本実施形態では、実施形態と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略する。
【００５５】
変形実施形態の電気自動車用電力供給装置１０の構成は、実施形態と比べると接続回路が異なる。図６は、変形実施形態における接続回路４０の構成を示している。
【００５６】
接続回路４０が有するスイッチは、全て単極単投スイッチである。第４スイッチ４２は、第２電路２４における非接地側の電路とコンプレッサ用インバータ１９の非接地側の端子とを接続または切断する。第５スイッチ４４は、第１電路２３における非接地側の電路とコンプレッサ用インバータ１９の非接地側の端子とを接続または切断する。第６スイッチ４５は、第２電路２４における接地側の電路とコンプレッサ用インバータ１９の接地側の端子とを接続または切断する。第７スイッチ４６は、第１電路２３における接地側の電路とコンプレッサ用インバータ１９の接地側の端子とを接続または切断する。
【００５７】
また、第８スイッチ４１および突入防止抵抗４３は、実施形態の第３スイッチ３１および突入防止抵抗３３に対応するものであり、それらの機能も実施形態と同様である。
【００５８】
次に、接続回路４０における第１電路２３と第２電路２４とを切り替える際に制御装置１６が行う第４スイッチ４２、第５スイッチ４４、第６スイッチ４５、第７スイッチ４６、および第８スイッチ４１の制御について、図７のフロー図を用いて説明する。
【００５９】
図７Ａは、接続回路４０が第１電路２３とコンプレッサ用インバータ１９とを接続している第１状態から第２電路２４とコンプレッサ用インバータ１９とを接続している第２状態に切り替わる際のフロー図である。第１状態においては、第８スイッチ４１は切断状態である。また、第４スイッチ４２および第６スイッチ４５は切断状態であり、第５スイッチ４４および第７スイッチ４６は接続状態である。
【００６０】
第１状態から第２状態に移行する際には、まず、第４スイッチ４２および第６スイッチ４５を接続状態にする（ステップ４０１）。ステップ４０１から一定時間経過後に、第５スイッチ４４および第７スイッチ４６を切断状態にする（ステップ４０２）。そして、第８スイッチ４１を接続状態にする（ステップ４０３）。
【００６１】
本構成の接続回路４０を図７のフロー図に基づいて制御すると、第１電路２３と第２電路２４の少なくとも一方が常にコンプレッサ用インバータ１９に接続される。換言すると、コンプレッサ用モータ１４には常に電圧が供給される。これにより、コンプレッサ用モータ１４の運転を停止することなく第１電路２３から第２電路２４への切替を行うことができる。なお、突入防止抵抗４３は、突入防止抵抗３３と同様に、突入電流を抑制する。
【００６２】
また、接続回路４０を第２状態から第１状態に切り替える際には、図７Ｂのフローに基づいた制御を行う。第２状態においては、第８スイッチ４１は接続状態である。また、第４スイッチ４２および第６スイッチ４５は接続状態であり、第５スイッチ４４および第７スイッチ４６は切断状態である。
【００６３】
第２状態から第１状態に移行する際には、まず、第８スイッチ４１を切断状態にする（ステップ５０１）。そして、第５スイッチ４４および第７スイッチ４６を接続状態にする（ステップ５０２）。ステップ５０２から一定時間経過後に、第４スイッチ４２および第６スイッチ４５を切断状態にする（ステップ５０３）。
【００６４】
図７Ａのフローに基づいた制御と同様、図７Ｂのフローに基づいた制御においては、第１電路２３と第２電路２４の少なくとも一方が常にコンプレッサ用インバータ１９に接続されているため、コンプレッサ用モータ１４への給電を停止することなく第２電路２４から第１電路２３への切替を行うことができる。
【００６５】
次に、変形実施形態における制御装置１６が行うＤＣ−ＤＣコンバータ１８および接続回路４０の制御について、図８のフロー図を参照しながら説明する。なお、図８のフロー中のステップ６０１〜６０３およびステップ６０５〜６０７は、図４のフロー中のステップ３０１〜３０３およびステップ３０５〜３０７に対応している。以下では、図４のフローと異なる部分（ステップ６０４、６０８および６０９）についてのみ説明する。
【００６６】
ステップ６０３において、要求電圧Ｖcompが電源電圧Ｖbattよりも小さい場合は、ステップ６０８に進む。ステップ６０８では、駆動用モータ１２が制動運転を行っているか否かを判定する。駆動用モータ１２が制動（回生）運転を行っている場合は、接続回路４０は第２電路２４を選択する（ステップ６０９）。他方、駆動用モータ１２が制動運転ではなく力行運転を行っている場合は、接続回路４０は第１電路２３を選択する（ステップ６０４）。
【００６７】
次に、上記フローに基づいた制御による出力電圧Ｖdcの変化を図５を用いて具体的に説明する。なお、以下では、図８のフローにおいて、図４のフローと異なる部分（ステップ６０４、６０８および６０９）に関連する期間（期間１，２，９および１０）についてのみ説明する。
【００６８】
空調システムの負荷が低負荷のときに電気自動車が発進（加速）すると、期間１に進む。期間１においては、要求電圧Ｖcompは電源電圧Ｖbattよりも小さい。また、期間１においては、電気自動車は制動運転をしていない。したがって、接続回路４０は第１電路２３を選択している（図８のステップ６０３でＹＥＳ、ステップ６０８でＮＯ）。また、電気自動車の加速に併せて、駆動モータ用インバータ１７が要求する要求電圧Ｖmainは上昇する。期間１においては、出力電圧Ｖdcは、コンプレッサ用インバータ１９の動作に無関係であり、駆動モータ用インバータ１７の要求のみによって定まる。したがって、期間１においては、出力電圧Ｖdcは要求電圧Ｖmainに追従して上昇する。
【００６９】
次に、電気自動車が減速（制動）すると、要求電圧Ｖmainは低下する（期間２）。期間２においては、要求電圧Ｖcompは電源電圧Ｖbattよりも小さい。また、期間２においては、電気自動車は制動運転をしている。したがって、接続回路４０は第２電路２４を選択し（図８のステップ６０３でＹＥＳ、ステップ６０８でＹＥＳ）、駆動用モータ１２で得た電力を第２電路２４を介してコンプレッサ用インバータ１９に供給する（回生運転する）。期間２においては、出力電圧Ｖdcは、要求電圧Ｖmainに追従して低下する。
【００７０】
期間８の状態から、空調システムが低負荷運転に切り替わると、要求電圧Ｖcompが低下する。電源電圧Ｖbattの大きさと要求電圧Ｖcompの大きさが逆転するタイミングにおいては、電気自動車は制動運転をしている。したがって、接続回路４０は第２電路２４を選択し（図８のステップ６０３でＹＥＳ、ステップ６０８でＹＥＳ）、駆動用モータ１２で得た電力を第２電路２４を介してコンプレッサ用インバータ１９に供給する（回生運転する）（期間９）。期間９においては、出力電圧Ｖdcは、要求電圧Ｖmainに追従して低下する。
【００７１】
期間９において、電気自動車が停止すると、要求電圧Ｖmainはゼロになる（期間１０）。期間１０においては、要求電圧Ｖcompは、電源電圧Ｖbattよりも小さい。また、電気自動車は制動運転をしていない。したがって、接続回路４０は第１電路２３を選択している（図８のステップ６０３でＹＥＳ、ステップ６０８でＮＯ）。期間１０においては、出力電圧Ｖdcは、電源電圧Ｖbattに等しい。
【００７２】
上記のような制御によって、電気自動車用電力供給装置１０は、コンプレッサ用インバータ１９に供給すべき要求電圧Ｖcompが上昇しても、必要な電圧をコンプレッサ用インバータ１９に供給することができる。また、電気自動車用電力供給装置１０は、コンプレッサ用インバータ１９に供給すべき要求電圧Ｖcompが変動しても、適切な電圧をコンプレッサ用インバータ１９に供給することができる。さらに、本実施形態の電気自動車用電力供給装置１０は、制動運転（回生運転）を行っているときには、接続回路４０において第２状態を選択する。これにより、駆動用モータ１２で得た電力（回生電力）をＤＣ−ＤＣコンバータ１８を介さずにコンプレッサ用インバータ１９に供給することができる。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８における回生電力の損失をなくすことができる。
【００７３】
なお、変形実施形態の接続回路４０の構成は、実施形態の接続回路３０の構成とは異なるが、実施形態の接続回路３０の構成でも変形実施形態のような回生動作を含む制御を行うことも可能である。ただし、電気自動車の走行状態によっては、力行動作と回生動作とを頻繁に切り替える場合がある。接続回路４０を採用した場合は、切替の際にコンプレッサ用インバータ１９への電力供給を停止する必要がなく、コンプレッサ用モータ１４を連続して動作させることができる。したがって、変形実施形態のような回生動作を含む制御を行う場合、変形実施形態の態様の接続回路４０を採用することが好ましい。
【００７４】
なお、接続回路３０と同様に、接続回路４０の第６スイッチ４５および第７スイッチ４６を設けず、第１電路２３における接地側の電路と第２電路２４における接地側の電路の双方を常にコンプレッサ用インバータ１９の接地側の端子に接続してもよい。また、突入電流が十分小さい場合には突入防止抵抗４３を省略してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、本発明は、モータを動力として使用するハイブリッド自動車および電気駆動自動車における電力システムに適用することができる。また、本発明はその他の電力システムにも適用することができる。
【図１】
2011161925.tif 000003
【図２】
2011161925.tif 000004
【図３Ａ】
2011161925.tif 000005
【図３Ｂ】
2011161925.tif 000006
【図４】
2011161925.tif 000007
【図５】
2011161925.tif 000008
【図６】
2011161925.tif 000009
【図７Ａ】
2011161925.tif 000010
【図７Ｂ】
2011161925.tif 000011
【図８】
2011161925.tif 000012
【図９】
2011161925.tif 000013
【国際調査報告】
2011161925.tif 000014
2011161925.tif 000015
2011161925.tif 000016
2011161925.tif 000017